JP2022151128A - フェライト系ステンレス鋼材及びその製造方法、並びに抗菌・抗ウィルス部材 - Google Patents

Abstract

【課題】抗菌性及び抗ウィルス性を長期間にわたって維持することが可能なフェライト系ステンレス鋼材を提供する。【解決手段】質量基準で、Ｃ：０．１０％以下、Ｓｉ：４．００％以下、Ｍｎ：２．００％以下、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｎｉ：４．００％以下、Ｃｒ：１０．００～３２．００％、Ｃｕ：０．４０～４．００％を含み、残部がＦｅ及び不純物からなる組成を有するフェライト系ステンレス鋼材である。フェライト系ステンレス鋼材は、ε－Ｃｕ相が表面に露出している。フェライト系ステンレス鋼材の表面におけるε－Ｃｕ相は、面積率が０．１～４．０％、平均粒子径が１０～３００ｎｍ、最大粒子間距離が１００～１０００ｎｍである。【選択図】なし

Description

本発明は、フェライト系ステンレス鋼材及びその製造方法、並びに抗菌・抗ウィルス部材に関する。

ステンレス鋼材は、耐食性に優れているため、厨房機器、家電機器、医療器具、内装建材、輸送機器などの広範な用途で使用されており、細菌の繁殖やウィルスの付着などが起こり易い環境下での使用も多くなっている。近年、このような細菌の繁殖やウィルスの付着などによる人体への悪影響を懸念する傾向が強まっており、とりわけ、清潔さが必須とされる医療器具や厨房機器に加え、多数の人が集まる建造物や輸送機器に用いられる各種部材にも抗菌性や抗ウィルス性が要求されている。

抗菌・抗ウィルス性を有する金属元素としては、ＡｇやＣｕなどが知られていることから、これらの金属元素を添加することで抗菌・抗ウィルス性を付与したステンレス鋼材が提案されている。
例えば、特許文献１には、Ｃ：０．１重量％以下、Ｓｉ：２重量％以下、Ｍｎ：２重量％以下、Ｃｒ：１０～３０重量％及びＣｕ：０．４～３重量％を含み、マトリックス中にＣｕリッチ相（ε－Ｃｕ相）が０．２体積％以上の割合で析出している抗菌性に優れたフェライト系ステンレス鋼材が提案されている。このフェライト系ステンレス鋼材は、Ｃ：０．１重量％以下、Ｓｉ：２重量％以下、Ｍｎ：２重量％以下、Ｃｒ：１０～３０重量％及びＣｕ：０．４～３重量％を含むフェライト系ステンレス鋼を冷間圧延し、最終焼鈍した後、５００～８００℃で時効処理を施すことでＣｕリッチ相（ε－Ｃｕ相）を０．２体積％以上に析出させることによって製造される。

特開平９－１７００５３号公報

特許文献１に記載のフェライト系ステンレス鋼材は、表面におけるε－Ｃｕ相の分布状態が適切に制御されていないため、所望の抗菌性が得られなかったり、抗菌性が早期に失われ易かったりすることがある。
また、ウィルスは、細菌に比べて小さいため、表面におけるε－Ｃｕ相の間にウィルスが付着した場合には、抗ウィルス性がほとんど得られないこともある。

本発明は、抗菌性及び抗ウィルス性を長期間にわたって維持することが可能なフェライト系ステンレス鋼材及びその製造方法、並びに抗菌・抗ウィルス部材を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記のような問題を解決すべく鋭意研究を行った結果、特定の組成を有するフェライト系ステンレス鋼材の表面におけるε－Ｃｕ相の分布状態（特に、表面におけるε－Ｃｕ相の面積率、ε－Ｃｕ相の平均粒子径及びε－Ｃｕ相の最大粒子間距離）が、抗菌性及び抗ウィルス性、並びにそれらの持続性と密接に関係していることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、質量基準で、Ｃ：０．１０％以下、Ｓｉ：４．００％以下、Ｍｎ：２．００％以下、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｎｉ：４．００％以下、Ｃｒ：１０．００～３２．００％、Ｃｕ：０．４０～４．００％を含み、残部がＦｅ及び不純物からなる組成を有し、
ε－Ｃｕ相が表面に露出しており、
前記表面における前記ε－Ｃｕ相は、面積率が０．１～４．０％、平均粒子径が１０～３００ｎｍ、最大粒子間距離が１００～１０００ｎｍであるフェライト系ステンレス鋼材である。

また、本発明は、質量基準で、Ｃ：０．１０％以下、Ｓｉ：４．００％以下、Ｍｎ：２．００％以下、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｎｉ：４．００％以下、Ｃｒ：１０．００～３２．００％、Ｃｕ：０．４０～４．００％を含み、残部がＦｅ及び不純物からなる組成を有するスラブを熱延して熱延材を得る熱延工程であって、仕上熱延終了温度が７００～９００℃である熱延工程と、
前記熱延工程で得られた前記熱延材を０．２～５℃／秒の平均冷却速度で９００～５００℃の間を冷却する冷却工程と、
前記冷却工程で冷却された前記熱延材を７５０～８５０℃で４時間以上加熱する熱処理工程と
を含むフェライト系ステンレス鋼材の製造方法である。

さらに、本発明は、前記フェライト系ステンレス鋼材を含む抗菌・抗ウィルス部材である。

本発明によれば、抗菌性及び抗ウィルス性を長期間にわたって維持することが可能なフェライト系ステンレス鋼材及びその製造方法、並びに抗菌・抗ウィルス部材を提供することができる。

本発明の実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼材の表面の模式図である。

以下、本発明の実施形態について具体的に説明する。本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施形態に対し変更、改良などが適宜加えられたものも本発明の範囲に入ることが理解されるべきである。
なお、本明細書において成分に関する「％」表示は、特に断らない限り「質量％」を意味する。

本発明の実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼材は、Ｃ：０．１０％以下、Ｓｉ：４．００％以下、Ｍｎ：２．００％以下、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｎｉ：４．００％以下、Ｃｒ：１０．００～３２．００％、Ｃｕ：０．４０～４．００％を含み、残部がＦｅ及び不純物からなる組成を有する。
ここで、本明細書において、「鋼材」とは、鋼板などの各種材形の材料のことを意味する。また、「鋼板」とは、鋼帯を含む概念である。さらに、「不純物」とは、ステンレス鋼材を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップなどの原料、製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、本発明に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。

また、本発明の実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼材は、Ｎｂ：１．００％以下、Ｔｉ：０．６０％以下、Ｖ：１．００％以下、Ｗ：２．００％以下から選択される１種以上を更に含むことができる。
また、本発明の実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼材は、Ｍｏ：３．００％以下、Ｎ：０．０５０％以下、Ｓｎ：０．５０％以下から選択される１種以上を更に含むことができる。
また、本発明の実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼材は、Ａｌ：５．００％以下、Ｚｒ：０．５０％以下、Ｃｏ：０．５０％以下から選択される１種以上を更に含むことができる。
さらに、本発明の実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼材は、Ｂ：０．０１０％以下、Ｃａ：０．１０％以下、ＲＥＭ：０．２０％以下から選択される１種以上を更に含むことができる。
以下、各成分について詳細に説明する。

＜Ｃ：０．１０％以下＞
Ｃは、フェライト系ステンレス鋼材の強度を向上させるとともに、Ｃｒ炭化物の生成によってε－Ｃｕ相を均一に分散析出させるのに有効な元素である。ただし、Ｃの含有量は多すぎると、硬質になって加工性が下がることに加え、溶接などの熱影響を受けた際に鋭敏化が生じ、フェライト系ステンレス鋼材の耐食性が低下してしまう。そのため、Ｃの含有量の上限値は、０．１０％、好ましくは０．０６％、より好ましくは０．０４％、更に好ましくは０．０３％に制御される。一方、Ｃの含有量の下限値は、特に限定されないが、好ましくは０．００１％、より好ましくは０．００３％、更に好ましくは０．００５％である。

＜Ｓｉ：４．００％以下＞
Ｓｉは、フェライト相（α相）生成元素であり、フェライト系ステンレス鋼材の耐食性及び強度を向上させるのに有効な元素である。ただし、Ｓｉの含有量は多すぎると、硬質化してフェライト系ステンレス鋼材の加工性が低下してしまう。そのため、Ｓｉの含有量の上限値は、４．００％、好ましくは２．００％、より好ましくは１．５０％、更に好ましくは１．００％に制御される。一方、Ｓｉの含有量の下限値は、特に限定されないが、好ましくは０．０１％、より好ましくは０．０５％、更に好ましくは０．１０％である。

＜Ｍｎ：２．００％以下＞
Ｍｎは、フェライト系ステンレス鋼材の耐熱性を向上させる元素である。しかし、Ｍｎの含有量が多すぎると、フェライト系ステンレス鋼材の耐食性が低下してしまう。また、Ｍｎは、オーステナイト相（γ相）形成元素であるため、高温でγ相（室温ではマルテンサイト相）を生成し、フェライト系ステンレス鋼材の加工性も低下してしまう。そのため、Ｍｎの含有量の上限値は、２．００％、好ましくは１．５０％、より好ましくは１．２０％、更に好ましくは１．００％に制御される。一方、Ｍｎの含有量の下限値は、特に限定されないが、好ましくは０．０１％、より好ましくは０．０５％、更に好ましくは０．１０％である。

＜Ｐ：０．０５０％以下＞
Ｐの含有量は多すぎると、フェライト系ステンレス鋼材の耐食性や加工性が低下してしまう。そのため、Ｐの含有量の上限値は、０．０５０％、好ましくは０．０４０％、より好ましくは０．０３０％に制御される。一方、Ｐの含有量の下限値は、特に限定されないが、低減には精錬コストが生じるため、好ましくは０．００１％、より好ましくは０．００５％、更に好ましくは０．０１０％である。

＜Ｓ：０．０３０％以下＞
Ｓの含有量は多すぎると、熱間加工性が下がってフェライト系ステンレス鋼材の製造性が低下してしまうとともに、耐食性にも悪影響を及ぼす。そのため、Ｓの含有量の上限値は、０．０３０％、好ましくは０．０２０％、より好ましくは０．０１０％に制御される。一方、Ｓの含有量の下限値は、特に限定されないが、低減には精錬コストが生じるため、好ましくは０．０００１％、より好ましくは０．０００２％、更に好ましくは０．０００３％である。

＜Ｎｉ：４．００％以下＞
Ｎｉは、フェライト系ステンレス鋼材の耐食性を向上させる元素である。しかし、Ｎｉは、Ｍｎと同様にオーステナイト相（γ相）形成元素であるため、その含有量が多すぎると、高温でγ相（室温ではマルテンサイト相）を生成し、フェライト系ステンレス鋼材の加工性が低下してしまう。また、Ｎｉは、高価な元素であるため、製造コストの上昇にもつながる。そのため、Ｎｉの含有量の上限値は、４．００％、好ましくは２．００％、より好ましくは１．００％、更に好ましくは０．６０％に制御される。一方、Ｎｉの含有量の下限値は、特に限定されないが、好ましくは０．００５％、より好ましくは０．０１％、更に好ましくは０．０３％である。

＜Ｃｒ：１０．００～３２．００％＞
Ｃｒは、フェライト系ステンレス鋼材の耐食性を維持するために重要な元素である。ただし、Ｃｒの含有量は多すぎると、精錬コストの上昇を招く上に、固溶強化によって硬質化し、フェライト系ステンレス鋼材の加工性が低下してしまう。そのため、Ｃｒの含有量の上限値は、３２．００％、好ましくは２２．００％、より好ましくは２０．００％、更に好ましくは１８．００％に制御される。一方、Ｃｒの含有量は少なすぎると、耐食性が十分に得られない。そのため、Ｃｒの含有量の下限値は、１０．００％、好ましくは１４．００％、より好ましくは１５．００％、更に好ましくは１６．００％に制御される。

＜Ｃｕ：０．４０～４．００％＞
Ｃｕは、抗菌性及び抗ウィルス性を与えるε－Ｃｕ相を析出させるのに必要な元素である。また、Ｃｕは、フェライト系ステンレス鋼材の加工性を改善する元素でもある。このような効果を得るために、Ｃｕの含有量の下限値は、０．４０％、好ましくは０．７０％、より好ましくは１．００％、更に好ましくは１．３０％に制御される。一方、Ｃｕの含有量が多すぎると、フェライト系ステンレス鋼材の耐食性が低下してしまうとともに、鋳造時に低融点相を形成して熱間加工性の低下を招く。そのため、Ｃｕの含有量の上限値は、４．００％、好ましくは３．００％、より好ましくは２．００％、更に好ましくは１．７０％に制御される。

＜Ｎｂ：１．００％以下＞
Ｎｂは、析出物を形成し、その周囲にε－Ｃｕ相を均一に析出させる効果を呈する元素であり、必要に応じて添加される。ただし、Ｎｂの含有量が多すぎると、フェライト系ステンレス鋼材の加工性が低下してしまう。そのため、Ｎｂの含有量の上限値は、１．００％、好ましくは０．８０％、より好ましくは０．６０％、更に好ましくは０．５５％に制御される。一方、Ｎｂの含有量の下限値は、特に限定されないが、Ｎｂによる効果を得る観点から、好ましくは０．０５％、より好ましくは０．１０％、更に好ましくは０．２０％、特に好ましくは０．２５％である。

＜Ｔｉ：０．６０％以下＞
Ｔｉは、Ｎｂと同様に析出物を形成し、その周囲にε－Ｃｕ相を均一に析出させる効果を呈する元素であり、必要に応じて添加される。ただし、Ｔｉの含有量は多すぎると、表面疵の原因となって品質低下を招くとともに、フェライト系ステンレス鋼材の加工性が低下してしまう。そのため、Ｔｉの含有量の上限値は、０．６０％、好ましくは０．３０％に制御される。一方、Ｔｉの含有量の下限値は、特に限定されないが、Ｔｉによる効果を得る観点から、好ましくは０．０１％、より好ましくは０．０３％である。

＜Ｖ：１．００％以下＞
Ｖは、Ｎｂ、Ｔｉと同様に析出物を形成し、その周囲にε－Ｃｕ相を均一に析出させる効果を呈する元素であり、必要に応じて添加される。ただし、Ｖの含有量が多すぎると、表面疵の原因となって品質低下を招くとともに、フェライト系ステンレス鋼材の加工性が低下してしまう。そのため、Ｖの含有量の上限値は、１．００％、好ましくは０．５０％に制御される。一方、Ｖの含有量の下限値は、特に限定されないが、Ｖによる効果を得る観点から、好ましくは０．０１％、より好ましくは０．０３％である。

＜Ｗ：２．００％以下＞
Ｗは、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖと同様に析出物を形成し、その周囲にε－Ｃｕ相を均一に析出させる効果を呈する元素であり、必要に応じて添加される。ただし、Ｗの含有量が多すぎると、表面疵の原因となって品質低下を招くとともに、フェライト系ステンレス鋼材の加工性が低下してしまう。そのため、Ｗの含有量の上限値は、２．００％、好ましくは１．００％に制御される。一方、Ｗの含有量の下限値は、特に限定されないが、Ｗによる効果を得る観点から、好ましくは０．０１％、より好ましくは０．０３％である。

＜Ｍｏ：３．００％以下＞
Ｍｏは、フェライト系ステンレス鋼材の耐食性を改善する元素であり、必要に応じて添加される。ただし、Ｍｏの含有量は多すぎると、製造コストの上昇につながる。そのため、Ｍｏの含有量の上限値は、３．００％、好ましくは２．００％、より好ましくは１．５０％、更に好ましくは１．００％に制御される。一方、Ｍｏの含有量の下限値は、特に限定されないが、Ｍｏによる効果を得る観点から、好ましくは０．０１％、より好ましくは０．０３％、更に好ましくは０．１０％である。

＜Ｎ：０．０５０％以下＞
Ｎは、Ｍｏと同様にフェライト系ステンレス鋼材の耐食性を改善する元素であり、必要に応じて添加される。ただし、Ｎの含有量は多すぎると、硬質化してフェライト系ステンレス鋼材の加工性が低下してしまう。そのため、Ｎの含有量の上限値は、０．０５０％、好ましくは０．０３０％、より好ましくは０．０２５％、更に好ましくは０．０１５％に制御される。一方、Ｎの含有量の下限値は、特に限定されないが、Ｎによる効果を得る観点から、好ましくは０．００１％、好ましくは０．００３％である。

＜Ｓｎ：０．５０％以下＞
Ｓｎは、Ｍｏ、Ｎと同様にフェライト系ステンレス鋼材の耐食性を改善する元素であり、必要に応じて添加される。ただし、Ｓｎの含有量は多すぎると、製造コストの上昇につながる。そのため、Ｓｎの含有量の上限値は、０．５０％、好ましくは０．３０％に制御される。一方、Ｓｎの含有量の下限値は、特に限定されないが、Ｓｎによる効果を得る観点から、好ましくは０．０１％、より好ましくは０．０３％である。

＜Ａｌ：５．００％以下＞
Ａｌは、精錬工程において脱酸のために用いられる元素であり、必要に応じて添加される。また、Ａｌは、フェライト系ステンレス鋼材の耐食性や耐酸化性を改善する元素でもある。ただし、Ａｌの含有量は多すぎると、介在物の生成量が増加して品質を低下させてしまう。そのため、Ａｌの含有量の上限値は、５．００％、好ましくは３．００％、より好ましくは２．００％、更に好ましくは１．００％である。一方、Ａｌの含有量の下限値は、特に限定されないが、Ａｌによる効果を得る観点から、好ましくは０．０１％、より好ましくは０．０５％である。

＜Ｚｒ：０．５０％以下＞
Ｚｒは、Ａｌと同様にフェライト系ステンレス鋼材の耐酸化性を改善する元素であり、必要に応じて添加される。ただし、Ｚｒの含有量は多すぎると、製造コストの上昇につながる。そのため、Ｚｒの含有量の上限値は、０．５０％、好ましくは０．３０％に制御される。一方、Ｚｒの含有量の下限値は、特に限定されないが、Ｚｒによる効果を得る観点から、好ましくは０．０１％、より好ましくは０．０３％である。

＜Ｃｏ：０．５０％以下＞
Ｃｏは、Ａｌ、Ｚｒと同様にフェライト系ステンレス鋼材の耐酸化性を改善する元素であり、必要に応じて添加される。ただし、Ｃｏの含有量は多すぎると、製造コストの上昇につながる。そのため、Ｃｏの含有量の上限値は、０．５０％、好ましくは０．３０％に制御される。一方、Ｃｏの含有量の下限値は、特に限定されないが、Ｃｏによる効果を得る観点から、好ましくは０．０１％、より好ましくは０．０３％である。

＜Ｂ：０．０１０％以下＞
Ｂは、フェライト系ステンレス鋼材の熱間加工性を改善する元素であり、必要に応じて添加される。また、Ｂは、粒界強化によりフェライト系ステンレス鋼材の二次加工性を改善する元素でもある。ただし、Ｂの含有量は多すぎると、溶接性や疲労強度の低下を招く。そのため、Ｂの含有量の上限値は、０．０１０％、好ましくは０．０７０％に制御される。一方、Ｂの含有量の下限値は、特に限定されないが、Ｂによる効果を得る観点から、好ましくは０．００１％、より好ましくは０．００２％である。

＜Ｃａ：０．１０％以下＞
Ｃａは、Ｂと同様にフェライト系ステンレス鋼材の熱間加工性を改善する元素であり、必要に応じて添加される。また、Ｃａは、硫化物を形成してＳの粒界偏析を抑制することで耐粒界酸化性を改善する元素でもある。ただし、Ｃａの含有量は多すぎると、加工性の低下を招く。そのため、Ｃａの含有量の上限値は、０．１０％、好ましくは０．０５％に制御される。一方、Ｃａの含有量の下限値は、特に限定されないが、Ｃａによる効果を得る観点から、好ましくは０．００１％、より好ましくは０．００３％である。

＜ＲＥＭ：０．２０％以下＞
ＲＥＭ（希土類元素）は、Ｂ、Ｃａと同様にフェライト系ステンレス鋼材の熱間加工性を改善する元素であり、必要に応じて添加される。また、ＲＥＭは、溶出し難い硫化物を形成し、腐食起点となるＭｎＳの生成を抑制することで耐食性を改善する元素でもある。ただし、ＲＥＭの含有量は多すぎると、製造コストの上昇につながる。そこで、ＲＥＭの含有量の上限値は、０．２０％、好ましくは０．１０％に制御される。一方、ＲＥＭの含有量の下限値は、特に限定されないが、ＲＥＭによる効果を得る観点から、好ましくは０．００１％、より好ましくは０．０１％である。
なお、ＲＥＭは、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）の２元素と、ランタン（Ｌａ）からルテチウム（Ｌｕ）までの１５元素（ランタノイド）の総称を指す。これらは単独で用いてもよいし、混合物として用いてもよい。

本発明の実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼材は、ε－Ｃｕ相が表面に露出している。
ここで、本発明の実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼材の表面の模式図を図１に示す。
図１に示されるように、フェライト系ステンレス鋼材１０は、母相の表面にε－Ｃｕ相１１が露出している。また、ε－Ｃｕ相１１が露出していない母相の表面には、不働態皮膜１２が形成されている。

母相の表面にε－Ｃｕ相１１を露出させることにより、フェライト系ステンレス鋼材１０の表面に水分が接触した際に、ε－Ｃｕ相１１からＣｕイオンを溶出させることができる。例えば、フェライト系ステンレス鋼材の表面に人の手が触れると、手の水分によってε－Ｃｕ相１１からＣｕイオンを溶出させることができる。そのため、細菌が表面に付着しても殺菌することができるとともに、ウィルスが表面に付着しても不活性化し、やがて死滅させることができる。
また、ε－Ｃｕ相１１が露出していない母相の表面には、不働態皮膜１２が形成されているため、耐食性も良好である。
以下、表面に露出するε－Ｃｕ相の特徴について詳細に説明する。

＜面積率：０．１～４．０％＞
表面に露出するε－Ｃｕ相の面積率は大きいほど、Ｃｕイオンの溶出量が多くなるため抗菌性及び抗ウィルス性を高めることができる。このε－Ｃｕ相の面積率は、結晶構造及びＣｕの含有量に主に依存する。そのため、ε－Ｃｕ相の面積率の上限値は、フェライト系ステンレス鋼材におけるＣｕの含有量を考慮すると、４．０％、好ましくは２．０％、より好ましくは１．９％、更に好ましくは１．８％に制御される。一方、ε－Ｃｕ相の面積率の下限値は、抗菌性及び抗ウィルス性を確保する観点から、０．１％、好ましくは０．３％、より好ましくは０．６％に制御される。

ここで、本明細書における「表面に露出するε－Ｃｕ相の面積率」は、フェライト系ステンレス鋼材の表面をＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）観察することによって算出することができる。具体的には、フェライト系ステンレス鋼材の表面において、無作為に選んだ３箇所以上でＴＥＭ像を撮影した後、ＴＥＭ像を画像解析してε－Ｃｕ相の面積を測定し、ε－Ｃｕ相の面積を視野面積で除することにより、「表面に露出するε－Ｃｕ相の面積率」を算出することができる。視野面積は、特に限定されないが、撮影箇所の合計で１０μｍ²以上であることが好ましい。

＜平均粒子径：１０～３００ｎｍ＞
表面に露出するε－Ｃｕ相の平均粒子径は大きいほど、Ｃｕイオンを長期にわたって溶出させることができるため、抗菌性及び抗ウィルス性の持続性が向上する。ただし、ε－Ｃｕ相の平均粒子径が大きすぎると、表面に露出するε－Ｃｕ相の粒子間距離が大きくなる傾向にある。そのため、表面に露出するε－Ｃｕ相の粒子間に細菌やウィルスが付着した際に、抗菌性及び抗ウィルス性が十分に得られないことがある。したがって、ε－Ｃｕ相の平均粒子径の上限値は、３００ｎｍ、好ましくは２５０ｎｍ、より好ましくは２００ｎｍに制御される。一方、ε－Ｃｕ相の平均粒子径の下限値は、Ｃｕイオンの溶出持続性を確保する観点から、１０ｎｍ、好ましくは３０ｎｍ、より好ましくは５０ｎｍに制御される。

ここで、本明細書における「表面に露出するε－Ｃｕ相の平均粒子径」は、フェライト系ステンレス鋼材の表面をＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）観察することによって算出することができる。具体的には、フェライト系ステンレス鋼材の表面において、無作為に選んだ３箇所以上でＴＥＭ像を撮影した後、ＴＥＭ像を画像解析してε－Ｃｕ相の円相当径を求め、その平均値を「表面に露出するε－Ｃｕ相の平均粒子径」とすることができる。

＜最大粒子間距離：１００～１０００ｎｍ＞
一般的に、細菌の大きさは０．５～３μｍであるのに対し、ウィルスの大きさは１０～２００ｎｍと非常に小さい。そのため、表面に露出するε－Ｃｕ相の最大粒子間距離が大きすぎると、特に、表面に露出するε－Ｃｕ相の粒子間にウィルスが付着した際に、抗ウィルス性が十分に得られないことがある。そのため、ε－Ｃｕ相の最大粒子間距離の上限値は、１０００ｎｍ、好ましくは８００ｎｍ、より好ましくは５００ｎｍに制御される。一方、表面に露出するε－Ｃｕ相の最大粒子間距離は小さいほど、抗菌性及び抗ウィルス性を高めることができるが、平均粒子径が１０～３００ｎｍの比較的大きいε－Ｃｕ相とする場合、熱処理によるε－Ｃｕ相の成長過程を考慮すると、ε－Ｃｕ相の最大粒子間距離の下限値は、１００ｎｍが限界であると考えられる。そのため、ε－Ｃｕ相の最大粒子間距離の下限値は、１００ｎｍ、好ましくは１５０ｎｍ、より好ましくは２００ｎｍに制御される。

ここで、本明細書における「表面に露出するε－Ｃｕ相の最大粒子間距離」は、フェライト系ステンレス鋼材の表面をＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）観察することによって算出することができる。具体的には、フェライト系ステンレス鋼材の表面において、無作為に選んだ３箇所以上でＴＥＭ像を撮影した後、ＴＥＭ像を画像解析し、ε－Ｃｕ相の重心（母点）位置を求めてボロノイ分割する。次に、隣接するボロノイ領域におけるε－Ｃｕ相の重心間距離を粒子間距離として測定し、その最大値を「表面に露出するε－Ｃｕ相の最大粒子間距離」とすることができる。

本発明の実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼材は、ビッカース硬さが１６０Ｈｖ以下であることが好ましい。このようなビッカース硬さに制御することにより、加工性を確保することができるため、様々な用途に用いることが可能となる。
なお、ビッカース硬さの下限値は、特に限定されないが、一般的に１００Ｈｖである。
ここで、ビッカース硬さは、ＪＩＳ Ｚ２２４４：２００９に準拠して測定することができる。ビッカース硬さの測定において、測定荷重は１０ｋｇとし、無作為に選んだ５箇所以上で測定を行い、その平均値をビッカース硬さの結果とする。

本発明の実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼材は、ＪＩＳ Ｚ２８０１：２０１０に準拠した抗菌試験において、抗菌活性値が２．０以上であることが好ましい。このような抗菌活性値であれば、抗菌性が高いことを客観的に担保することができる。
本発明における「抗菌試験」は、ＪＩＳ Ｚ２８０１：２０１０に準拠し、細菌として黄色ぶどう球菌を用いて行う。

本発明の実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼材は、ＩＳＯ ２１７０２：２０１９に準拠した抗ウィルス試験において、抗ウィルス活性値が２．０以上であることが好ましい。このような抗ウィルス活性値であれば、抗ウィルス性が高いことを客観的に担保することができる。
抗ウィルス試験は、ＩＳＯ ２１７０２：２０１９に準拠し、ウィルスとしてＡ型インフルエンザウィルスを用いて行う。

本発明の実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼材の種類は、特に限定されないが、熱延材又は冷延材であることが好ましい。
熱延材の場合、その厚みは、一般的に３ｍｍ以上である。また、冷延材である場合、その厚みは、一般的に３ｍｍ未満である。

本発明の実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼材は、熱延工程、冷却工程及び熱処理工程を含む方法によって製造することができる。
熱延工程は、上記の組成を有するスラブを熱延して熱延材を得る工程である。具体的には、上記の組成を有するスラブを粗圧延した後、仕上熱延することによって熱延材が得られる。この熱延材は、コイル状に巻取ってもよい。
なお、上記の組成を有するスラブは、特に限定されないが、例えば、上記の組成を有するステンレス鋼を溶製し、鍛造又は鋳造によって得ることができる。

仕上熱延は、仕上熱延終了温度が７００～９００℃となるようにして行われる。この温度範囲に仕上熱延終了温度を制御することにより、仕上熱延終了から冷却工程においてε－Ｃｕ相の微細な「種」を少量且つ均一に析出させ易くなる。その結果、熱処理工程でε－Ｃｕ相を成長させることにより、表面におけるε－Ｃｕ相の分布状態を上記のように制御することが可能となる。これに対して、仕上熱延終了温度が７００℃未満であると、仕上熱延終了から冷却工程においてε－Ｃｕ相の微細な「種」が十分に析出しない。その結果、熱処理工程でε－Ｃｕ相を成長させると、表面におけるε－Ｃｕ相の平均粒子径や最大粒子間距離が大きくなりすぎてしまう。また、仕上熱延終了温度が９００℃を超えると、組織が粗大化して加工性及び靭性が低下してしまう。
なお、熱延工程におけるその他の条件は、スラブの組成に応じて適宜設定すればよく、特に限定されない。

冷却工程は、ε－Ｃｕ相の微細な「種」を析出させるための工程であり、熱延工程で得られた熱延材を０．２～５℃／秒の平均冷却速度で９００～５００℃の間を冷却することによって行われる。このような条件で緩やかに冷却することにより、ε－Ｃｕ相の析出温度域（９００～５００℃）でε－Ｃｕ相の微細な「種」を少量且つ均一に析出させることができる。このε－Ｃｕ相の微細な「種」は、熱処理工程において優先的に成長するため、比較的大きなε－Ｃｕ相が均一に分散した状態となる。その結果として、表面におけるε－Ｃｕ相の分布状態を上記のように制御することが可能となる。これに対して、９００～５００℃の間を５℃／秒よりも大きい平均冷却速度で冷却すると、ε－Ｃｕ相の微細な「種」が十分に析出しない。その結果、熱処理工程でε－Ｃｕ相を成長させると、表面におけるε－Ｃｕ相の平均粒子径や最大粒子間距離が大きくなりすぎてしまう。また、９００～５００℃の間を０．２℃／秒よりも小さい平均冷却速度で冷却すると、ε－Ｃｕ相の微細な「種」の析出量が多くなってしまう。その結果、熱処理工程において比較的小さなε－Ｃｕ相が多量に析出した状態となる。
なお、冷却工程における冷却方法は、特に限定されず、当該技術分野において公知の方法を用いることができる。例えば、コイル状に巻取った熱延材を保温ボックスに入れるだけで、復熱によって上記の冷却条件で緩やかに冷却することが可能となる。また、冷却温度の細かな調整は、保温ボックスに供給するガス（例えば、Ａｒガス）の供給量を制御することによって行うことができる。

熱処理工程は、冷却工程で析出したε－Ｃｕ相の微細な「種」を成長させる工程であり、冷却工程で冷却された熱延材を７５０～８５０℃で４時間以上加熱することによって行われる。このような条件で熱処理を行うことにより、表面におけるε－Ｃｕ相の分布状態を上記のように制御することが可能となる。加熱温度が７５０℃未満であったり、加熱時間が４時間未満であったりすると、ε－Ｃｕ相の微細な「種」が十分に成長せず、ε－Ｃｕ相の平均粒子径が小さくなりすぎてしまう。また、加熱温度が８５０℃を超えると、ε－Ｃｕ相が母相に固溶してしまう。

熱処理工程後には、必要に応じて、酸洗及び／又は研磨を行う表層除去工程を更に行ってもよい。表層除去工程を行うことにより、表面に形成されたスケールやＣｒ貧化層の除去を行うことができる。
表層除去工程で除去される表層の厚さは、スラブの組成などに応じて適宜調整すればよく、特に限定されない。例えば、Ｃｒ貧化層を除去する場合には、１０μｍ以上の厚さの表層を除去することが好ましい。

フェライト系ステンレス鋼材が冷延材である場合、熱処理工程後に、冷間圧延を行い、次いで３００秒以内の焼鈍処理を行う冷間圧延・焼鈍工程を更に行ってもよい。なお、熱処理工程後に表層除去工程を行う場合、表層除去工程後に冷間圧延・焼鈍工程を行ってもよいし、冷間圧延・焼鈍工程後に表層除去工程を行ってもよい。
焼鈍処理を３００秒以内の短時間とすることにより、表面に露出するε－Ｃｕ相への影響を抑えつつ、冷間圧延で生じた歪を除去することができる。
なお、冷間圧延及び焼鈍処理の条件は、スラブの組成などに応じて適宜調整すればよく、特に限定されない。

本発明の実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼材は、抗菌性及び抗ウィルス性を長期間にわたって維持することができるため、抗菌・抗ウィルス部材に用いることができる。また、本発明の実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼材は、ビッカース硬さを１６０Ｈｖ以下にすることができるため、抗菌・抗ウィルス部材に適した形状に加工することも容易である。

本発明の実施形態に係る抗菌・抗ウィルス部材は、上記のフェライト系ステンレス鋼材を含む。この抗菌・抗ウィルス部材に用いられる上記のフェライト系ステンレス鋼材は、当該技術分野において公知の方法によって各種形状に加工されていてもよい。
本発明の実施形態に係る抗菌・抗ウィルス部材は、上記のフェライト系ステンレス鋼材以外の部材を更に含むことができる。
抗菌・抗ウィルス部材としては、特に限定されないが、厨房機器、家電機器、医療器具、建造物の内装建材、輸送機器、実験器具、衛生器具などに用いられる、抗菌性や抗ウィルス性が要求される各種部材が挙げられる。

以下に、実施例を挙げて本発明の内容を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定して解釈されるものではない。

表１に示す鋼種Ａ～Ｊの組成（残部はＦｅ及び不純物である）を有するステンレス鋼を溶製し、鍛造してスラブとした後、仕上熱延終了温度を表２に示す通りに制御して厚さ３ｍｍに熱圧して熱延材を得た。熱延材はコイル状に巻取り、速やかに保温ボックスに入れた後、９００～５００℃の間を表２に示す平均冷却速度で冷却した。平均冷却速度は、保温ボックスに供給するＡｒガスの供給量によって調節した。次に、冷却した熱延材を、バッチ焼鈍炉を用いて、大気雰囲気下、８００℃で２４時間加熱する熱処理を行った。次に、熱処理を行った熱延材を切削加工によって１００ｍｍ（圧延方向）×１００ｍｍ（幅方向）に切り出した後、酸洗してスケールを除去し、Ｐ４００番バフ（＃４００）によって研磨仕上げしてフェライト系ステンレス鋼材を得た。

得られたフェライト系ステンレス鋼材について以下の評価を行った。

（表面に露出するε－Ｃｕ相の面積率）
フェライト系ステンレス鋼材から直径３ｍｍの円板を切り出し、厚さ０．５ｍｍまで片面を研削した後、研削した面を電解研磨することによって試験片を作製した。この試験片の電解研磨した面について、無作為に選んだ１０箇所（視野面積の合計：１５μｍ²）でＴＥＭ像を撮影した後、ＴＥＭ像を画像解析してε－Ｃｕ相の面積を測定した。測定したε－Ｃｕ相の面積を視野面積で除することにより、ε－Ｃｕ相の面積率を算出した。

（表面に露出するε－Ｃｕ相の平均粒子径）
上記の面積率と同様にして得られたＴＥＭ像を画像解析してε－Ｃｕ相（３０個）の円相当径を求め、その平均値を算出することにより、ε－Ｃｕ相の平均粒子径を得た。

（表面に露出するε－Ｃｕ相の最大粒子間距離）
上記の面積率と同様にして得られたＴＥＭ像を画像解析し、上記した方法に従って隣接するボロノイ領域におけるε－Ｃｕ相の重心間距離を粒子間距離として測定し、その最大値を求めることにより、ε－Ｃｕ相の最大粒子間距離を得た。

（抗菌試験：抗菌活性値）
フェライト系ステンレス鋼材から５０ｍｍ（圧延方向）×５０ｍｍ（幅方向）の試験片を切り出した後、ＪＩＳ Ｚ２８０１：２０１０に準拠して抗菌試験を行い、抗菌活性値（初期）を求めた。抗菌試験では、細菌として黄色ぶどう球菌を用い、密着フィルムとして４０ｍｍ×４０ｍｍのポリエチレンフィルムを用いた。また、菌液の接種量は０．４ｍＬとし、試験開始の直前に試験片の全面を純度９９％以上のエタノールを吸収させた局法ガーゼで軽く拭き、十分に乾燥させた後に試験を実施した。
また、抗菌効果の持続性を評価するために、試験片を５００ｍＬの水に浸漬し、恒温槽にて８０℃で１６時間保持した後、上記と同様に抗菌試験を行い、抗菌活性値（水浸漬後）を求めた。

（抗ウィルス試験：抗ウィルス活性値）
フェライト系ステンレス鋼材から５０ｍｍ（圧延方向）×５０ｍｍ（幅方向）の試験片を切り出した後、ＩＳＯ ２１７０２：２０１９に準拠して抗ウィルス試験を行い、抗ウィルス活性値を求めた。抗ウィルス試験では、ウィルスとしてＡ型インフルエンザウィルスを用い、密着フィルムとして４０ｍｍ×４０ｍｍのポリエチレンフィルムを用いた。また、ウィルス懸濁液（試験液）の接種量は０．４ｍＬとし、試験開始の直前に試験片の全面を純度９９％以上のエタノールを吸収させた局法ガーゼで軽く拭き、十分に乾燥させた後に試験を実施した。
また、抗ウィルス効果の持続性を評価するために、試験片を５００ｍＬの水に浸漬し、恒温槽にて８０℃で１６時間保持した後、上記と同様に抗ウィルス試験を行い、抗ウィルス活性値（水浸漬後）を求めた。

（ビッカース硬さ）
ＪＩＳ Ｚ２２４４：２００９に準拠してビッカース硬さを測定した。測定は、株式会社ミツトヨ製のビッカース硬さ試験機ＨＶ－１００を用い、測定荷重を１０ｋｇとし、無作為に選んだ１０箇所で表面のビッカース硬さを測定して、その平均値を結果とした。

上記の各評価結果を表３に示す。

表３に示されるように、Ｎｏ．１～７のフェライト系ステンレス鋼材（本発明例）は、所定の組成及び表面におけるε－Ｃｕ相の分布状態を有していたため、抗菌活性値（初期及び水浸漬後）、抗ウィルス活性値（初期及び水浸漬後）及びビッカース硬さの結果が全て良好であった。
これに対してＮｏ．８のフェライト系ステンレス鋼材（比較例）は、仕上熱延終了温度が低すぎるとともに平均冷却速度が大きすぎたため、ε－Ｃｕ相の最大粒子間距離が大きくなりすぎた。その結果、抗ウィルス性（２．０以上の抗ウィルス活性値）が得られなかった。
Ｎｏ．９及び１０のフェライト系ステンレス鋼材（比較例）は、平均冷却速度が大きすぎたため、ε－Ｃｕ相の平均粒子径や最大粒子間距離が大きくなった。その結果、抗ウィルス性（２．０以上の抗ウィルス活性値）が得られなかった。

Ｎｏ．１１のフェライト系ステンレス鋼材（比較例）は、平均冷却速度が小さすぎたため、ε－Ｃｕ相の最大粒子間距離が小さくなった。その結果、水浸漬後の抗菌活性値及び抗ウィルス活性値が低く、抗菌性及び抗ウィルス性の維持効果が十分でなかった。
Ｎｏ．１２及び１３のフェライト系ステンレス鋼材（比較例）は、所定の組成を有していないため、表面におけるε－Ｃｕ相の分布状態を適切に制御できなかった。その結果、抗菌性（２．０以上の抗菌活性値）及び抗ウィルス性（２．０以上の抗ウィルス活性値）が得られなかった。
Ｎｏ．１４（比較例）は、熱延中に割れが生じてしまい、フェライト系ステンレス鋼材を製造することができなかった。

以上の結果からわかるように、本発明によれば、抗菌性及び抗ウィルス性を長期間にわたって維持することが可能なフェライト系ステンレス鋼材及びその製造方法、並びに抗菌・抗ウィルス部材を提供することができる。

１０ フェライト系ステンレス鋼材
１１ ε－Ｃｕ相
１２ 不働態皮膜

Claims (17)

1. 質量基準で、Ｃ：０．１０％以下、Ｓｉ：４．００％以下、Ｍｎ：２．００％以下、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｎｉ：４．００％以下、Ｃｒ：１０．００～３２．００％、Ｃｕ：０．４０～４．００％を含み、残部がＦｅ及び不純物からなる組成を有し、
   ε－Ｃｕ相が表面に露出しており、
   前記表面における前記ε－Ｃｕ相は、面積率が０．１～４．０％、平均粒子径が１０～３００ｎｍ、最大粒子間距離が１００～１０００ｎｍであるフェライト系ステンレス鋼材。
2. 質量基準で、Ｎｂ：１．００％以下、Ｔｉ：０．６０％以下、Ｖ：１．００％以下、Ｗ：２．００％以下から選択される１種以上を更に含む、請求項１に記載のフェライト系ステンレス鋼材。
3. 質量基準で、Ｍｏ：３．００％以下、Ｎ：０．０５０％以下、Ｓｎ：０．５０％以下から選択される１種以上を更に含む、請求項１又は２に記載のフェライト系ステンレス鋼材。
4. 質量基準で、Ａｌ：５．００％以下、Ｚｒ：０．５０％以下、Ｃｏ：０．５０％以下から選択される１種以上を更に含む、請求項１～３のいずれか一項に記載のフェライト系ステンレス鋼材。
5. 質量基準で、Ｂ：０．０１０％以下、Ｃａ：０．１０％以下、ＲＥＭ：０．２０％以下から選択される１種以上を更に含む、請求項１～４のいずれか一項に記載のフェライト系ステンレス鋼材。
6. ビッカース硬さが１６０Ｈｖ以下である、請求項１～５のいずれか一項に記載のフェライト系ステンレス鋼材。
7. ＪＩＳ Ｚ２８０１：２０１０に準拠した抗菌試験において、抗菌活性値が２．０以上である、請求項１～６のいずれか一項に記載のフェライト系ステンレス鋼材。
8. ＩＳＯ ２１７０２：２０１９に準拠した抗ウィルス試験において、抗ウィルス活性値が２．０以上である、請求項１～７のいずれか一項に記載のフェライト系ステンレス鋼材。
9. 抗菌・抗ウィルス部材に用いられる請求項１～８のいずれか一項に記載のフェライト系ステンレス鋼材。
10. 質量基準で、Ｃ：０．１０％以下、Ｓｉ：４．００％以下、Ｍｎ：２．００％以下、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｎｉ：４．００％以下、Ｃｒ：１０．００～３２．００％、Ｃｕ：０．４０～４．００％を含み、残部がＦｅ及び不純物からなる組成を有するスラブを熱延して熱延材を得る熱延工程であって、仕上熱延終了温度が７００～９００℃である熱延工程と、
    前記熱延工程で得られた前記熱延材を０．２～５℃／秒の平均冷却速度で９００～５００℃の間を冷却する冷却工程と、
    前記冷却工程で冷却された前記熱延材を７５０～８５０℃で４時間以上加熱する熱処理工程と
    を含むフェライト系ステンレス鋼材の製造方法。
11. 前記スラブは、質量基準で、Ｎｂ：１．００％以下、Ｔｉ：０．６０％以下、Ｖ：１．００％以下、Ｗ：２．００％以下から選択される１種以上を更に含む、請求項１０に記載のフェライト系ステンレス鋼材の製造方法。
12. 前記スラブは、質量基準で、Ｍｏ：３．００％以下、Ｎ：０．０５０％以下、Ｓｎ：０．５０％以下から選択される１種以上を更に含む、請求項１０又は１１に記載のフェライト系ステンレス鋼材の製造方法。
13. 前記スラブは、質量基準で、Ａｌ：５．００％以下、Ｚｒ：０．５０％以下、Ｃｏ：０．５０％以下から選択される１種以上を更に含む、請求項１０～１２のいずれか一項に記載のフェライト系ステンレス鋼材の製造方法。
14. 前記スラブは、質量基準で、Ｂ：０．０１０％以下、Ｃａ：０．１０％以下、ＲＥＭ：０．２０％以下から選択される１種以上を更に含む、請求項１０～１３のいずれか一項に記載のフェライト系ステンレス鋼材の製造方法。
15. 前記熱処理工程後に、酸洗及び／又は研磨を行う表層除去工程を更に含む、請求項１０～１４のいずれか一項に記載のフェライト系ステンレス鋼材の製造方法。
16. 前記熱処理工程後に、冷間圧延を行い、次いで３００秒以内の焼鈍処理を行う冷間圧延・焼鈍工程を更に含む、請求項１０～１５のいずれか一項に記載のフェライト系ステンレス鋼材の製造方法。
17. 請求項１～９のいずれか一項に記載のフェライト系ステンレス鋼材を含む抗菌・抗ウィルス部材。

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